软土真空预压法加固效果分析

周庆礼，常高奇

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220）

1 工程概况

1.1 工程地质条件

本工程位于缅甸联邦共和国某地区，位于冲击平原上，属于热带季风气候，年平均气温26.3℃，年平均降水量2 701 mm。附近海域海流性质为半日潮流，往复流型，且流速大，悬沙浓度高，底砂粒径细，活动性极强。该工程真空预压区出露于地表的主要是第四系全新世的湖沼相沉积层，厚度约为20 m，其下为第四系全新世的陆相冲洪积层。地层主要地质构造为一组NW-SE 走向的向斜构造和一组NE-NW 走向的小断层构造，由于该工程附近的这两组构造发育较小，延伸较短，对工程危害性不大，而且并未发现附近有其他较大的不良地质构造。因此，工程所在区相对稳定。

工程所在地地层自上而下主要有：

①粘土：灰黄、黄褐色，高塑性，硬塑状，含有大量植物根系及不均匀砂颗粒，表层植被发育，杂草丛生，厚度为3.00～5.50 m。

②-1 淤泥：灰色，高塑性，软塑状，土质均匀，含大量朽木屑及有机质。

②-2 粘土：灰色，高塑性，可塑状，含腐植物及大量朽木屑，该层分布较为稳定，厚度大，约为15.0 m 左右，含水量较高。

③-1 粘土及③-2 粉质粘土：灰褐、灰黄、黄褐及棕红色。中塑性～高塑性，硬塑状，土质不均，粘土与粉质粘土呈互层状分布，整个第③层为陆相冲洪积层，在该层底部含不均匀的粗砾砂及砾石，厚度较大，约为7.5 m 左右。

④细砂：灰褐、黄褐色，呈中密～密实状，饱和，以中细砂为主，含少量粉砂颗粒，颗粒较为均匀，主要矿物成分为长石、石英。该层分布较广，厚度较大，出露的顶标高大部分在-22.0 m左右。

1.2 真空预压施工工序

为加固②-1 淤泥、②-2 粘土这两层土，采用真空预压方案[1-3]。其主要施工工序如下：第一，因场地受雨季以及潮汐等影响，因此先修建临时围埝形成掩护；第二，清除地表层土以及植物根系；第三，吹填砂，标高为+8.3 m；第四，铺设排水板，插板深度至③-1 粘土及③-2 粉质粘土层；第五，埋设监测与检测仪器；第六，铺设滤管、安装射流泵；第七，挖密封沟、施工防渗帷幕和铺密封膜；第八，设置沉降标，测量真空预压前的砂层顶面标高；第九，连接抽真空设备，试抽气、检查、正式抽气；第十，卸载后，再满夯。

1.3 加固效果检验

为研究分析工程真空预压区的施工工序与加固效果，需要合理布置沉降标、孔隙水压力仪、深层分层沉降仪、真空度测头、测斜仪等监测和检测仪器[4]。另外，在真空预压前后，在工程真空预压区合理布置钻孔，原状孔和标贯试验孔各4个，共16 个，钻孔深度约24 m。然后对土样进行室内土工试验，以检验真空预压前、后地层软土加固效果[5]。

2 真空预压加固深度分析

分别对真空预压工程区的16 个钻孔（原状孔和标贯孔各8 个）进行室内土工试验，获得其物理和力学指标。为便于研究真空预压的加固深度[6-8]，分别将含水率、孔隙比、压缩模量、无侧限抗压强度指标进行汇总对比，并根据深度进行线性拟合，以便找出规律。

图1 是真空预压前后土样含水率随标高变化的情况，由图1 可知，经过真空预压地基处理后的地层含水率要小于处理前的含水率，且含水率差异随深度呈线性缩小，在标高-13 m 深度以下，拟合曲线基本已经重合，说明真空预压的影响深度标高为-13 m。图2 是真空预压前后土样孔隙比随标高变化的情况，由图2 可知，经过真空预压地基处理后的地层孔隙比要小于处理前的孔隙比，且孔隙比差异随深度呈线性缩小，在标高-14 m 左右深度以下，拟合曲线基本已经重合，说明真空预压的影响深度标高为-14 m。图三是真空预压前后土样压缩模量随标高变化的情况，由图三可知，经过真空预压地基处理后的地层压缩模量要大于处理前的压缩模量，且压缩模量差异随深度呈线性缩小，在标高-15 m 左右深度以下，拟合曲线基本相交，说明真空预压的影响深度标高为-15 m。图四是真空预压前后土样无侧限抗压强度随标高变化的情况，由图四可知，经过真空预压地基处理后的地层无侧限抗压强度要大于处理前的无侧限抗压强度，且无侧限抗压强度差异随深度呈线性缩小，在标高-14 m 左右深度以下，拟合曲线基本相交，说明真空预压的影响深度标高为-14 m。

图1 土样含水率随标高变化的情况

图2 土样孔隙比随标高变化的情况

因此，根据上述对图1～ 3 的分析可知，真空预压的影响深度标高在-14 m 左右。而且，加固后地层的含水率与孔隙比变小，地层的压缩模量和无侧限抗压强度变大，但变化的差异越来越小。综合分析地表的标高可知，真空预压的加固厚度在19 m 左右，且在加固深度范围内，各层土样的物理和力学强度指标均有所提升，特别是对软土，效果明显。但这种指标的提升程度随着深度的增加而逐渐衰弱。

图3 土样压缩模量随标高变化的情况

图4 土样无侧限抗压强度随标高变化的情况

3 真空预压加固程度分析

为研究工程建设以后的沉降的敏感性影响指标，分别对工程区的16 个钻孔的孔口标高的变化情况进行统计，了解处理前后的地层沉降情况。

表1 是真空预压前后钻孔孔口标高变化情况表，由表一可知，真空预压前，原状孔与标贯孔的孔口标高均有所降低，平均降低高度为1.09 m。

表1 真空预压前后钻孔孔口标高变化情况

真空预压前平整场地标高至8.3 m 左右，此时表层的吹填砂经碾压平整后沉降已完成。③-1 粘土及③-2 粉质粘土的压缩模量与深度均较大，排水板插板深度位于该层土的上方，真空预压过程中几乎无排水，因此，这层土的沉降很小。综上分析可知，真空预压后的地层沉降主要是发生在②-1 淤泥质黏土、②-2 黏土这两层土。

因此，工程建设以后的沉降的敏感性影响指标主要是软土的物理与力学指标，真空预压的处理目标主要也是改善软土（②-1 淤泥质黏土、②-2黏土这两层土）的强度指标。因此，通过统计加固深度影响范围内，偏软黏土的物理力学指标变化情况，了解软黏土物理以及力学指标的提升或者降低情况。将各钻孔的室内土工试验物理、力学指标以及现场标贯试验击数等指标进行统计，统计结果见表2 所示，剔除异常数据后计算平均值。

表2 真空预压前后各钻孔土样物理和力学指标变化情况

根据表2 所示可知，经过真空预压处理后各地层基本满足含水率、孔隙比、压缩系数变小，内聚力、内摩擦角、压缩模量、标贯击数变大的趋势，说明经过真空预压后各地层的物理、力学以及强度等指标都有一定的提升。对于②-1 淤泥质黏土、②-2 黏土这两层土，含水率与孔隙比降低了10 %～15 %左右，压缩模量分别提高了40 %和15 %左右，标贯击数分别提高了50 %和60 %左右，②-1 淤泥质黏土层和②-2 黏土的直剪快剪与固结快剪的黏聚力指标均有升高，而②-1 淤泥质黏土层的内摩擦角升高、②-2 黏土内摩擦角降低。另外，由于真空预压后②-1 淤泥质黏土层含水量与孔隙比的显著降低，其定名发生变化，由原来的淤泥质黏土层变为黏土层。

4 结论

1）工程的真空预压区软黏土层具有含水量大、孔隙比大、压缩模量小、强度低等特点，属于工程的不良因素，需要进行地基处理；

2）经过真空预压处理后各地层基本满足含水率、孔隙比、压缩系数变小，内聚力、内摩擦角、压缩模量、标贯击数变大的趋势，说明经过真空预压后各地层的物理、力学以及强度等指标都有一定的提升；

3）真空预压的加固深度标高为-14 m 左右，即加固厚度在19 m 左右，且在加固深度范围内，各层土样的物理和力学强度指标均有所提升，特别是对软土，效果明显，但这种指标的提升程度随着深度的增加而逐渐衰弱。

4）真空预压后②-1 淤泥质黏土层含水量与孔隙比显著降低，其定名发生变化，由原来的淤泥质黏土层变为黏土层。